杜伟超;司传波;佟庆
【摘 要】以某水源库区为工程背景进行研究分析,详细叙述了建立基于GIS的水源库区三维遥感信息数据库的过程,对该水源库区的遥感影像进行室内遥感解译和野外现场复核解译,最终解译分析了该水源库区的泥石流灾害影响范围. 【期刊名称】《北京测绘》 【年(卷),期】2016(000)004 【总页数】5页(P18-22) 【关键词】GIS;遥感解译;数据库 【作 者】杜伟超;司传波;佟庆
【作者单位】61206部队,辽宁大连116023;61206部队,辽宁大连116023;61206部队,辽宁大连116023 【正文语种】中 文 【中图分类】P208
泥石流是山区常见的地质灾害之一，暴发时往往具有突然性，常在集中暴雨或积雪大量融化时突然暴发，暴发时来势迅猛、危害广泛[1-3]。一旦泥石流暴发，顷刻间将大量泥沙沿沟谷迅速奔泻而出，将沿途的村庄房屋、道路、桥梁等瞬间摧毁，甚至会堵塞江湖形成堰塞湖，给人民的生命财产带来巨大的损失[4,5]。当灾害发生时受到气候、地形、交通条件及视野的限制和影响，传统的调查手段很难满足实时、快速、准确地进行应急保障和展开救援。而RS、GIS和GPS技术的综合利用，
在较大程度上弥补了传统调查手段的不足，对泥石流灾害信息获取具有重要作用[6]。遥感技术已经成为泥石流等地质灾害调查、研究的重要工具。
本文通过该水源库区遥感数据建立高度真实的三维遥感影像，并叠加地形地貌、地层岩性、地质构造等GIS数据，为解译工作提供真实、直观的三维场景；在野外调查阶段，充分利用GPS技术实现位置的精确定位，方便有针对性的对解译成果进行准确定位并进行复核；在后期内业处理以及成果应用阶段，充分利用GIS的强大的空间数据处理分析功能，进行相关矢量数据的处理、图件制作和数据统计分析，对泥石流灾害带来的影响进行了直观、详细的分析[7]。
在收集与整理地形数据、影像数据以及其他相关资料的基础上，针对该水源库区研究范围，初步建立了多源信息GIS数据库，对研究范围内地形等数据进行了初步处理和分析。 2.1 数据组成
地形数据：水源库区沿岸两侧各2km宽度范围内采用10m格网DEM，根据现有数据资料生成等高线，达到1∶5万精度，外围部分采用下载的30m格网DEM数据进行扩充。
影像数据：水源库区沿岸两侧各2km宽度范围内遥感影像由0.5m航拍影像镶嵌形成，线路两侧各2km至25km采用2.5m卫星影像。在GIS数据库中，外围以15m ETM影像补足，采用543波段融合全色锐化，分辨率15m。
其他数据：包括水源库区相关数据、文档，包括区域地质图、地质资料、水文气象资料与初步勘查报告等 2.2 数据处理及流程
由于现有资料大部分为CAD格式，缺乏足够的属性数据，无法满足GIS数据库的需要。因此需要将资料处理成GIS能识别的数据格式和类型。主要对基础数据，地形数据以及其他资料数据进行处理。
对基础数据处理主要有：依据1∶5万CAD地形图提取和编辑水源库区地名、居民点和道路交通等数据。根据CAD地形图提供的相关信息，对提出需要的基础数据的矢量数据的属性表进行编辑，把需要的信息录入到对应的属性表中，形成最终的地名、居民点和道路交通等GIS矢量数据。具体流程见图1。
对地形数据处理主要有：依据1∶5万的CAD地形数据，从中提取等高线并编辑属性表。此外，为方便不良地质现象解译等分析工作，本研究还依据以上CAD格式的地形图制作了DEM。具体流程见图2。
对地质等其他资料处理主要有：基于CAD格式的库区1∶5万矢量数据，类似前面基础数据处理流程，对提取需要的其他资料进行处理，并对提出的矢量数据的属性表进行编辑，把需要的信息录入到对应的属性表中，形成最终的其他资料的GIS矢量数据。具体流程见图3。 2.3 三维遥感模型建立
在建立滇中引水水源库区GIS数据库的基础上，为方便三维立体遥感的分析，利用三维制作软件，把地形和影像数据融合成后缀名为MPT格式的文件，并把分析需要的GIS数据导入三维平台上，建立了水源库区三维真彩色影像系统。 建立水源库区三维真彩色影像系统工作流程是基于上述地形数据与影像数据，通过制作三维数据，初步建成了水源库区三维影像系统平台。在此基础上，通过增加其他相关数据，进一步完善了该三维影像系统。利用Skyline软件可以方便、快捷、形象和直观地对所需的分析进行研究。
利用GIS强大的空间分析工具和10m格网DEM地形数据，对地形进行了分析，得到地表的坡度和坡向分布图。由于10m格网DEM范围较小，故地形分析主要采用水源库区范围内30m格网DEM进行地形数据分析。
后续的水源库区泥石流灾害影响分析是基于在此建立的GIS三维遥感信息数据库。 对泥石流主要按以下步骤进行判释：首先确定泥石流沟，并圈划泥石流流域边界；
初步判释泥石流沟的整个通路路径长度、堆积扇体大小与形状；圈划流域范围内的不良地质现象，如补给泥石流的崩塌、滑坡等；判释泥石流沟的背景条件，如松散堆积层厚度、植被种类及覆盖度、山坡坡度和岩石破碎状况、人类活动的痕迹等；确定泥石流发生的方式、类型、规模大小、危害程度；一旦确定有危害时，因根据解译和复核提出治理方案。对泥石流灾害的影响分析，需要分析泥石流的形成条件和发育特征，然后根据相关技术规范进行泥石流流量计算，最后分析了泥石流对该水源库区的影响。 3.1 泥石流流量计算方法
对于泥石流流量，在工程研究和实际中，最主要关心的是一次泥石流总量和年均泥石流总量。
本文泥石流流量的计算是根据日本国土资源部国土技术政策综合研究所提出的泥石流流量的计算方法展开的[8]。该方法对于泥石流流量计算从两个方面考虑：一种是流域内可能移动的土石量；另一种是考虑某降雨量下所能搬运的土石量，计算出的考虑降雨作用搬运的土石量一般比流域内可能移动的土石量小。 3.1.1 流域内可能移动的土石量
对于流域内可能移动的土石量的计算采用式(1)： 式中:Vdy1：流域内可能移动的土石量(m3)； Vdy11：1次谷河床中可能移动的堆积土石量(m3)； Vdy12：0次谷中堆积的土石量(m3)；
Vdy13：崩塌、滑坡、崩坡等灾害引入的土石量(m3)。
对于0次谷和1次谷含义：0次谷土石量主要存在于山体两侧；1次谷中的土石量主要堆积于河床上[9]，具体示意见图4。
对于1次谷河床中可能移动的堆积土石量Vdy11，Bd、De和Ldy11取值参照规范进行取值，其计算公式如式(2)和(3)。
式中：Ady11：河床上堆积的可能移动的土石量的平均断面积(m2)； Ldy11：1次谷的长度(m)；
Bd：泥石流侵蚀的平均河床宽度(m)； De：泥石流侵蚀的平均河床深度(m)。
对于0次谷中可能移动的土石量Vdy12见式(4)和(5)，Ldy12的取值参照规范。 式中： Ady12：0次谷中可能移动的土石量的平均断面积(m2)； Ldy12：0次谷的长度(m)；
Bd：泥石流侵蚀的平均河床宽度(m)； De：泥石流侵蚀的平均河床深度(m)。 3.1.2 考虑某一降雨量下所能搬运的土石量
在计算某一降雨量下所能搬运的土石量之前，需要先把计算区域内的泥石流分区，分为沟谷泥石流和坡面泥石流。对于两种泥石流采取不同的方法计算，最后再算出土石量总和，计算公式如式(6)。
式中： Vdy12：沟谷泥石流流量(m3)； Vdy22：坡面泥石流流量(m3)。 1)沟谷泥石流流量计算
考虑某一降雨量下所能搬运的土石量主要根据公式(7)算出： 式中： Pp：24小时降雨量(mm)； A ：流域面积(km2)； Cd： 泥沙浓度； Kf2：流出补正率；
Kv：泥沙孔隙率，一般0.4左右。 式中引入的流出补正率采用下式计算： 2)坡面泥石流流量计算，公式见(9)。
式中： A：坡面泥石流区域面积(m2)； D：坡面泥石流区域评价深度(m)； φ1：面积折减系数，15%～20%； φ2：体积折减系数，15%～20%。 3.2 泥石流三维遥感解译
以该区域某河流泥石流为研究背景，进行遥感解译[10]，泥石流流量计算统计分析，该区域三维遥感影像图见图5所示，泥石流河谷类型划分见图6所示。
利用Arcgis软件解译出0次谷和1次谷分别对导出的shape文件进行计算。最终得到0次谷泥石流流量、1次谷泥石流流量、崩塌滑坡流量和泥石流总量。根据最终得到的泥石流总量可知，在考虑0次谷、1次谷泥石流流量和崩塌滑坡折减后量得到该泥石流流域内可能移动的土石量总量。再考虑不同降雨量下泥石流流量及发生概率情况，解译分析得到表1 。
对于水源库区的库容量，利用GIS的空间分析工具。在Arcgis中根据2090m水文线范围，确定水源库区范围内10m精度的DEM。再利用Arcgis中空间分析中的栅格计算器，计算出2090m水位线离江面高差分布，同时考虑水面离河底深度。考虑10m精度DEM，对所得水面高差积分得水源库区库容总量约4.374亿m3。故水库运行期间，泥石流淤积量约占水库总库容的9.27%，对水库库容影响较小，不影响水库正常运行。图7和图8分别为基于三维遥感的泥石流灾害分布图和泥石流灾害影响分布图。
通过图7可以明显看出，各泥石流灾害的分布情况，根据泥石流分布进一步空间分析出泥石流的影响范围，并重点分析了对交通道路，建筑物和农田的影响。 本文采用室内遥感解译和野外调查相结合的手段，以某水源库区为工程背景进行研究，在建立基于GIS的水源库区三维遥感信息数据库的基础上，对水源库区的基本地质环境进行解译分析，为泥石流灾害影响分析奠定基础。该方法能够快速、实
时分析泥石流造成的影响范围，便于灾害预警并出应急保障方案。
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